Сьогодні ми розповімо про коефіцієнт пропускання і пов'язаних з ним поняття. Всі ці величини відносяться до розділу лінійної оптики.

Світло в стародавньому світі

Раніше люди вважали, що світ наповнений загадками. Навіть людське тіло несло в собі чимало непізнаного. Наприклад, древнім грекам було незрозуміло, як бачить око, чому існує колір, чому настає ніч. Але в той же час їхній світ був простіше: світло, падаючи на перешкоду, створював тінь. Це все, що потрібно було знати навіть самому освіченій вченому. Про коефіцієнт пропускання світла і нагріванні ніхто не замислювався. А сьогодні це вивчають у школі.

Світ зустрічає перешкоду

Коли потік світла падає на об'єкт, він може вести себе чотирма різними способами:

повністю присвятити свій час;

розсіятися;

відбитися;

пройти далі.

Відповідно, будь-яка речовина має коефіцієнти поглинання, відбиття, пропускання та розсіювання. Поглинений світ різними способами змінює властивості самого матеріалу: нагріває його, змінює його електронну структуру. Розсіяне і відбите світло схожі, але все ж відрізняються. При відображення світло змінює напрям поширення, а при розсіянні змінюється ще й його довжина хвилі.

Прозорий об'єкт, який пропускає світло і його властивості

Коефіцієнти віддзеркалення і пропускання залежать від двох факторів – від характеристик світла і властивостей самого об'єкта. При цьому має значення:

Агрегатний стан речовини. Лід переломлює інакше, ніж пар.

Будова кристалічної решітки. Цей пункт відноситься до твердих тіл. Наприклад, коефіцієнт пропускання вугілля видимої частини спектру прагне до нуля, а от діамант – інша справа. Саме площині його відображення і заломлення створюють чарівну гру світла і тіні, за яку люди готові платити шалені гроші. А адже обидва ці речовини – вуглеводи. І алмаз згорить у вогні нітрохи не гірше вугілля.

Температура речовини. Як не дивно, але при високій температурі деякі тіла самі стають джерелом світла, тому з електромагнітним випромінюванням вони взаємодіють дещо інакше.

Кут падіння пучка світла на об'єкт.

До того ж треба пам'ятати, що світ, який вийшов з об'єкта, може бути поляризованим.

Довжина хвилі і спектр пропускання

Як ми вже згадували вище, коефіцієнт пропускання залежить від довжини хвилі падаючого світла. Речовина, непрозоре для жовтих і зелених променів, здається прозорим для інфрачервоного спектру. Для маленьких частинок під назвою «нейтрино» прозора Земля. Тому незважаючи на те що їх генерує Сонце в дуже великих кількостях, вченим так важко їх виявити. Ймовірність зіткнення нейтрино з речовиною зникаюче мала. Але найчастіше мова йде про видимій частині спектра електромагнітного випромінювання. Якщо ж у книзі або завданні є кілька відрізків шкали, то коефіцієнт оптичного пропускання буде ставитися до того її ділянці, який доступний людському оку.

Формула коефіцієнта

Тепер читач вже досить підготовлений, щоб побачити і зрозуміти формулу, яка визначає проникність речовини. Вона виглядає так: Т=Ф/Ф 0 . Отже, коефіцієнт пропускання Т – це співвідношення потоку випромінювання певної довжини хвилі, який пройшов крізь тіло (Ф) до початкового потоку випромінювання (Ф 0 ). Величина Т не має розмірності, так як позначається як поділ один на одного однакових понять. Тим не менш, цей коефіцієнт не позбавлений фізичного сенсу. Він показує, яку частку електромагнітного випромінювання дана речовина пропускає.

«Потік випромінювання»

Це не просто словосполучення, а конкретний термін. Потік випромінювання – це потужність, яку електромагнітне випромінювання проносить крізь одиницю поверхні. Більш докладно ця величина обчислюється як енергія, яку переміщує випромінювання крізь одиничну площу за одиничний час. Під площею найчастіше мається на увазі квадратний метр, а під часом – секунди. Але в залежності від конкретної задачі ці умови можна і поміняти. Наприклад, для червоного гіганта, який у тисячу разів більше нашого Сонця, можна сміливо застосовувати квадратні кілометри. А для маленького світлячка – квадратні міліметри. Звичайно, для того щоб мати можливість порівнювати, і були введені єдині системи вимірювання. Але будь-яку величину можна до них призвести, якщо, звичайно, не наплутати з кількістю нулів. Пов'язаної з цими поняттями є також величина коефіцієнта направленого пропускання. Вона визначає, скільки і якого світла проходить крізь скло. Це поняття не знайти у підручниках з фізики. Воно приховано в технічних умовах і правилах виробників вікон.

Закон збереження енергії

Цей закон – причина, з якої неможливе існування вічного двигуна і філософського каменю. Зате існують водяний і вітряний млини. Закон говорить, що енергія не береться нізвідки і не розчиняється без сліду. Світло, що падає на перешкоду, не є винятком. З фізичного сенсу коефіцієнта пропускання не випливає, що саме частина світла не пройшла крізь матеріал, то вона випарувалася. Насправді падаючий пучок дорівнює сумі поглиненого, розсіяного, відбитого і минулого світла. Таким чином, сума цих коефіцієнтів для даної речовини повинна дорівнювати одиниці.
Взагалі, закон збереження енергії можна застосовувати до всіх сфер фізики. В шкільних завданнях часто буває, що мотузка не розтягується, штир не нагрівається, а тертя в системі відсутній. Але в реальності таке неможливо. Крім того, завжди варто пам'ятати, що люди знають не всі. Наприклад, при бета-розпаді була втрачена якась частина енергії. Вчені не розуміли, куди вона дівається. Сам Нільс Бор висловлював припущення, що на цьому рівні закон збереження може не дотримуватися. Але потім була відкрита дуже маленька і хитра елементарна частинка – лептон нейтрино. І все встало на свої місця. Так що якщо читачеві при рішенні якогось завдання незрозуміло, куди дівається енергія, то треба пам'ятати: іноді відповідь просто невідомий.

Застосування законів пропускання і заломлення світла

Трохи вище ми говорили, що всі ці коефіцієнти залежать від того, яка речовина встає на шляху пучка електромагнітного випромінювання. Але цей факт можна використовувати і у зворотний бік. Зняття спектру пропускання – один з найбільш простих і дієвих способів дізнатися властивості речовини. Чому ж цей метод такий хороший? Він відрізняється меншою точністю, ніж інші оптичні способи. Набагато більше можна дізнатися, якщо змусити речовина випромінювати світло. Але в цьому-то й полягає головна перевага методу оптичного пропускання – нікого не треба ні до чого примушувати. Речовина не потрібно нагрівати, спалювати або опромінювати лазером. Складні системи оптичних лінз і призм не потрібні, так як пучок світла проходить крізь досліджуваний зразок. Крім того, цей метод відноситься до неінвазивним і неруйнівним. Зразок залишається в колишньому вигляді і стані. Це буває важливим, коли речовини мало, або коли воно унікальне. Ми впевнені, що кільце Тутанхамона не варто спалювати, щоб дізнатися точніше складу емалі на ньому.